Контрольные вопросы

1. Предмет гидрогеологии, её основные научные направления.

2. Предмет инженерная геология, её основные научные направления.

3. Назовите назначение и состав гидрогеологических и инженерно-геологических исследований при разведке и эксплуатации горных объектов.

10

2 Общая гидрогеология

2.1 Круговорот воды в природе

Вода прослежена от поверхности Земли до верхней мантии. Ниже водородные связи рвутся и молекулы Н₂О не существует.

Подсчитано, что на долю подземных вод приходится 2460 млн. км². Из них в осадочных породах их содержание составляет 190 млн. км³, в кристаллических – 860 млн. км³.

Природные воды – единственные из полезных ископаемых, запасы которых в результате круговорота непрерывно пополняются. Составными элементами круговорота воды являются: испарение, осадки, сток.

Испарение – обратимый процесс перехода воды из жидкого или твердого состояния в газообразное, на что затрачивается 23 % поступающей на Землю солнечной энергии. Испарение зависит от геологических условий района – характера, структуры и влажности почвы, структурно-текстурных особенностей горных пород, глубины залегания подземных вод.

Осадки. Различают твердые, жидкие и смешанные. К твердым относятся изморозь (кристаллы льда размером до 0,1 мм), иней (кристаллы льда до 0,5 мм), снег (кристаллы в виде снежинок и хлопьев), снежная и ледяная крупа, ледяной дождь, град, гололёд. Жидкими осадками являются роса, дождь, морось. Среди смешанных осадков выделяют: смесь дождя и снега, туман.

Атмосферные осадки участвуют в пополнении (питании) подземных вод.

Практикой подземной разработки месторождений установлена тенденция увеличения водообильности выработок с повышенным

11

выпадением осадков.

По данным А.И. Кравцова на ряде шахт Донбасса приток воды в горные выработки в течение года изменяется, причем наибольшей величины он достигает в конце апреля и начале мая (220 м³/час при нормальном 85-90 м³/час).

Сток. Выпавшие на Землю атмосферные осадки частично испаряются, а оставшаяся часть образует сток, разделяемый на поверхностный и подземный, возникающий в ходе просачивания (инфильтрации) вод в горные породы через поры и трещины.

Изображенные на рисунке 1 схемы соотношения между поверхностными и подземными водами отражают возможные варианты геологических условий. Интенсивность поверхностного стока зависит от климата района, рельефа территории, наличия растительности и др.

где И – испарение,

О – осадки,

Q _П–поверхностный сток,

Q – подземный сток,

Т – транспирация

Рисунок 2.1 – Схема круговорота воды в природе

12 Процессы взаимодействия между атмосферными и поверхностными водами составляют гидрогеологическую ветвь общего круговорота воды на Земле.

Подземные воды также участвуют в круговороте, образуя сложную подземную ветвь – геологический круговорот. Как форма движения материи, геологический круговорот совершается в виде инфильтрации, фильтрации, взаимодействия воды с горными породами, участвуя и многообразных современных геологических процессах.

Количественно гидрогеологический круговорот для любого района Земли может быть выражен в виде уравнения водного баланса:

Q(осадки) = С (поверхностный сток) + И_Н (инфильтрация) +

+ И (испарение);

Водный баланс – это количественное выражение круговорота воды или отдельных его звеньев (осадки, сток, испарение).

2.2 Основные понятия гидрогеологии

Подземные воды– это воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие ниже поверхности Земли.

В литосфере вода содержится в крупных полостях, порах и трещинах горных пород, находится в постоянной взаимосвязи с горными породами их включающие и образует водоносные горизонты.

Водоносный горизонт– это часть пласта или пласт, заполненный водой и приуроченный к регионально выдержанным водопроницаемым породам, однотипных по гидрогеологическим признакам и имеющих общую гидравлическую или пьезометрическую поверхности.

Водоносные породы– это пласты, линзы и другие формы залегания пород, в которых поры, пустоты и трещины заполнены

13

гравитационной водой.

Водоносный пласт– выдержанный по мощности и распространению одновозрастной пласт породы с относительно однородными водно-емкостными и фильтрационными свойствами.

Водоносный комплекс– толща горных пород, состоящая из нескольких водоносных горизонтов с разделяющими их относительно водоупорными слоями или пластами, рассматриваемая как единая гидродинамическая система.

Гидрогеологический бассейн– совокупность водоносных и относительно водоупорных горизонтов и комплексов, выделяемых по общим условиям формирования, состава и свойств заключенных в них вод.

Водоупорные породы– не пропускающие воду или слабопроницаемые; подстилающие водоносный горизонт называются водоупорной почвой, а перекрывающие – водоносной кровлей.

Область, в пределах которой распространен водоносный горизонт, называется площадью или областью распространения(рисунок 2.8).

Область, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта, называется областью разгрузки или дренажа, а площадь, где происходит питание водоносного горизонта –областью питания. Расстояние от уровня подземных вод (гидравлического или пьезометрического) до водоупорной почвы называетсямощностьюводоносного горизонта.

В горном деле, в зависимости от положения относительно пласта полезного ископаемого, водоносные горизонты могут быть подугольными (подрудными) и надугольными (надрудными).

14

2.3 Виды воды в горных породах

Основными видами воды в горных породах являются:

а) вода в твердом состоянии. Эта вода распространена в зонах многолетнемерзлых пород в виде кристаллов, жил, линз, прослоев льда;

б) парообразная вода (водяной пар).Пары воды, образующиеся при испарении в атмосфере или земной коре, заполняют вместе с воздухом не занятые водой поры и трещины в горных породах (рисунок 2.2).

Количество паров не превышает несколько тысячных долей процента от массы пород. В определенных условиях при понижении температуры до точки росы пары могут конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Точка росы– это температурный предел, при котором водяные пары, находящиеся в воздухе, начинают конденсироваться и переходить в жидкое, а при очень резком изменении температуры, и в твердое состояние.

В общем объеме парообразной воды значительная доля принадлежит горячему пару больших глубин или выходу перегретых вод на поверхность Земли. Обособленные скопления пара встречаются на месторождениях нефти и газа.

Передвигается парообразная вода от участков с большей к участкам с меньшей упругостью пара.

в) связанная вода. Связанная вода удерживается на поверхности минеральной частицы или внутри ее молекулярными и электрическими силами сцепления, значительно превышающими силу тяжести. Подразделяется такая вода нафизически и химически связанную воду. Располагается в зоне аэрации горных пород.